綠色船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

尚保國(guó) 張 勇 吳 俊

（中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

近年來(lái)，綠色船舶設(shè)計(jì)概念受到市場(chǎng)前所未有的關(guān)注。隨著國(guó)際規(guī)則規(guī)范的頻繁更新，包括壓載水公約、基于目標(biāo)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（goal-based standards，GBS）、能效設(shè)計(jì)指數(shù)（energy efficiency design index，EEDI）、SO和NO排放控制等新的要求不斷推出，以及船舶營(yíng)運(yùn)市場(chǎng)的低迷和營(yíng)運(yùn)成本的高漲，幾乎所有船東在新造船計(jì)劃中都對(duì)綠色船舶設(shè)計(jì)提出了比現(xiàn)有船型更高的要求。毋庸置疑，只有更安全、節(jié)能和環(huán)保的綠色船舶才能贏得市場(chǎng)的認(rèn)可。因此，各國(guó)造船界都在為設(shè)計(jì)、建造綠色船舶而加大技術(shù)開(kāi)發(fā)的力度。本文一方面歸納總結(jié)現(xiàn)有綠色船舶設(shè)計(jì)的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)；另一方面將對(duì)綠色船舶的未來(lái)進(jìn)行思考，并探尋其發(fā)展方向。

1 綠色船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展

綠色船舶有很多定義，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，內(nèi)涵也在不斷擴(kuò)展。CCS《綠色生態(tài)船舶規(guī)范2020》的定義較為全面：綠色生態(tài)船舶采用先進(jìn)技術(shù)在其生命周期內(nèi)能安全地滿(mǎn)足其預(yù)定功能和性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高能源使用效率，降低溫室氣體（GHG） 排放，減少或消除對(duì)人類(lèi)健康危害和生態(tài)環(huán)境污染、破壞， 提升資源有效循環(huán)利用， 并對(duì)操作和使用人員具有良好的保護(hù)。簡(jiǎn)而言之，即以滿(mǎn)足功能為前提，以安全為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)船舶的節(jié)能和環(huán)保目標(biāo)，同時(shí)改善船員的工作環(huán)境。

安全是國(guó)際立法的基礎(chǔ)， 海上人命安全具有法規(guī)要求的最高優(yōu)先度，船舶任何綠色技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)不導(dǎo)致降低船舶原有的安全水平；節(jié)能是船舶設(shè)計(jì)永恒的主題，提高船舶能效既是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要手段，也可以改善船舶運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性；環(huán)?？梢詼p少對(duì)環(huán)境的影響，包括控制水污染物和大氣污染物排放。

回顧現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)的發(fā)展，主要也是圍繞安全、節(jié)能、環(huán)保這3大主題進(jìn)行，大體經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：

●

第1階段（1950～1990年）

以船舶的專(zhuān)業(yè)化、大型化為主。各種大型專(zhuān)用運(yùn)輸船型的出現(xiàn)，從無(wú)到有、從小到大，不斷發(fā)展。●

第2階段（1990～2010年）

以船舶的安全性、防污染為主。由于部分油輪海損事故造成的巨大污染，對(duì)船舶安全（特別是防止貨物污染）更加關(guān)注，例如油輪的雙殼要求、穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)規(guī)范的不斷發(fā)展?！?p>第3階段（2010～2020年）

以船舶的能效升級(jí)、綠色環(huán)保為主。除了對(duì)船舶安全要求的持續(xù)提高，更加關(guān)注能效和環(huán)保，特別是最近5年，綠色船型設(shè)計(jì)獲得前所未有的快速發(fā)展。

表1 近5年生效的主要規(guī)范要求

2 綠色船舶設(shè)計(jì)的方法

本文將重點(diǎn)歸納關(guān)于節(jié)能和環(huán)保兩方面的設(shè)計(jì)方法。

2.1 以提升船舶能效為核心的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

提升能效是綠色船型開(kāi)發(fā)的核心目標(biāo)之一。目前市場(chǎng)上船東特別關(guān)注油耗指標(biāo)，同時(shí)新造船的EEDI指標(biāo)要求也不斷提高，因此新開(kāi)發(fā)的船型必須重點(diǎn)考慮能效優(yōu)化。這既是規(guī)范的要求，也是船東降低營(yíng)運(yùn)成本的市場(chǎng)需求。

傳統(tǒng)船舶節(jié)能設(shè)計(jì)主要包括水動(dòng)力優(yōu)化、設(shè)備改進(jìn)升級(jí)和船型尺度優(yōu)化這3大類(lèi)，此外，新型節(jié)能技術(shù)也是重要的發(fā)展方向。以下將依此對(duì)船舶節(jié)能設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行歸納。

2.1.1 水動(dòng)力優(yōu)化

水動(dòng)力節(jié)能設(shè)計(jì)是最傳統(tǒng)的節(jié)能方法，其投入成本低、節(jié)能效果好、技術(shù)可靠。船舶水動(dòng)力節(jié)能設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）降低船舶阻力；

（2）提高船舶推進(jìn)效率。

2.1.1.1 降低船舶航行阻力

降低船舶在航行中的阻力是節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。船舶航行中的阻力主要來(lái)自水阻力和風(fēng)阻力，故降低船舶航行阻力主要采用以下幾種方法：

（1）通過(guò)線(xiàn)型優(yōu)化，降低船舶在靜水及波浪中的阻力；

（2）通過(guò)基于營(yíng)運(yùn)剖面多目標(biāo)優(yōu)化保證綜合性能最優(yōu)；

（3）通過(guò)縱傾優(yōu)化來(lái)保證船舶在最佳節(jié)能姿態(tài)下航行；

（4）通過(guò)低阻油漆或氣層減阻減少水線(xiàn)下摩擦阻力；

（5）通過(guò)上層建筑風(fēng)阻優(yōu)化，降低船舶的風(fēng)阻力。

2.1.1.2 提高船舶推進(jìn)效率

提高船舶推進(jìn)效率主要通過(guò)螺旋槳優(yōu)化及水動(dòng)力節(jié)能裝置應(yīng)用。

螺旋槳設(shè)計(jì)已非常成熟，除了繼續(xù)挖掘螺旋槳自身設(shè)計(jì)潛力外，目前主要通過(guò)大直徑螺旋槳匹配低速主機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋槳效率的提升。

水動(dòng)力節(jié)能裝置也是提高船舶推進(jìn)效率的重要途徑。節(jié)能效果因船、槳而異，因此針對(duì)不同船型、不同線(xiàn)型和不同螺旋槳，應(yīng)采用不同的定制化節(jié)能裝置設(shè)計(jì)。

2.1.2 設(shè)備改進(jìn)升級(jí)

設(shè)備改進(jìn)升級(jí)可以分為主機(jī)改進(jìn)升級(jí)和輔助系統(tǒng)優(yōu)化兩部分。

2.1.2.1 主機(jī)改進(jìn)升級(jí)

主機(jī)改進(jìn)升級(jí)可以直接反映在降低單位油耗上，主要依托于新型高效機(jī)型的發(fā)展。例如超長(zhǎng)沖程低轉(zhuǎn)速的新型高效主機(jī)（G型機(jī)、X型機(jī)）有更高的效率，單位油耗更低；同時(shí)，主機(jī)的功率點(diǎn)可選范圍更大，轉(zhuǎn)速更低。功率點(diǎn)（SMCR）應(yīng)盡量選擇靠近平均有效壓力最低的可選范圍左下角，這樣既降低主機(jī)的單位油耗，又降低轉(zhuǎn)速、增加螺旋槳的最佳直徑，提高推進(jìn)效率，有效降低油耗總量。NO排放TierⅢ解決方案的選擇也會(huì)影響油耗，如EGR、EcoEGR、HPSCR等。

2.1.2.2 輔助系統(tǒng)優(yōu)化

主機(jī)的能耗占全船能耗的絕大部分，但輔助系統(tǒng)的優(yōu)化同樣具有節(jié)能潛力，不能忽視。輔助系統(tǒng)的優(yōu)化主要包括：

（1）軸帶發(fā)電機(jī)；

（2）廢熱回收系統(tǒng)；

（3）變頻設(shè)備；

（4）智能能效管理系統(tǒng)。

2.1.3 船型尺度優(yōu)化

民用運(yùn)輸船設(shè)計(jì)最終目的是以最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)成本實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)輸功能。船型尺度的優(yōu)化往往會(huì)大幅降低單位貨物運(yùn)輸成本，帶來(lái)顯著的節(jié)能效果，例如船舶大型化和船型定制化。

（1）船舶大型化

具有充足貨物運(yùn)輸量的情況下，船舶大型化帶來(lái)的規(guī)模效益可以顯著改善單位貨物運(yùn)輸能效，從而降低溫室氣體排放總量，典型的例子就是近年來(lái)國(guó)際集裝箱船的超大型化競(jìng)賽。

（2）船型定制化

一些運(yùn)輸任務(wù)往往有設(shè)計(jì)上的特殊限制，標(biāo)準(zhǔn)船型并非最佳的匹配船型。因此，不同于常規(guī)船型的尺度創(chuàng)新，可以用最經(jīng)濟(jì)節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)特定運(yùn)輸功能，例如：淺吃水限制的特殊船型，考慮特定航道或港口的定制化船型等。

2.1.4 新型節(jié)能技術(shù)

除了傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)外，新型節(jié)能技術(shù)是進(jìn)一步提高船舶能效的重要途徑。雖然現(xiàn)階段許多的節(jié)能技術(shù)還處于探索和試驗(yàn)階段，但在節(jié)能減排的大背景下，未來(lái)必將備受關(guān)注。以下主要介紹兩種獲得實(shí)船應(yīng)用的新型節(jié)能技術(shù)：

（1）空氣潤(rùn)滑減阻

這種新技術(shù)是通過(guò)空壓機(jī)向船底噴出空氣，在船底形成一層薄薄的微小氣泡或空氣層，可使船底與水的接觸取代為與空氣的接觸，從而使船舶摩擦阻力減小。目前，一些大型郵輪和LNG運(yùn)輸船等已采用微氣泡減阻設(shè)計(jì)。

（2）風(fēng)能輔助推進(jìn)

風(fēng)能既無(wú)成本也無(wú)排放，將其作為補(bǔ)充動(dòng)力輔助推進(jìn)，在特定環(huán)境條件下可以取得良好的節(jié)能效果。例如采用馬格努斯效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)筒以及可升降的翼形風(fēng)帆，目前都已有實(shí)船的應(yīng)用。

2.2 以降低污染排放為核心的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)

近年來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)影響較大的環(huán)保要求主要包括：

（1）氮氧化物（NO）排放控制；

（2）硫氧化物（SO）排放控制；

（3）壓載水公約D2排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1 氮氧化物（NO）排放控制

MARPOL公約要求航行在氮氧化物排放控制區(qū)（NECA）的船舶應(yīng)滿(mǎn)足TierⅢ排放標(biāo)準(zhǔn)要求。目前已生效的氮氧化物排放控制區(qū)包括北美和加勒比海區(qū)域、北海和波羅的海氮氧化物排放控制區(qū)，中國(guó)也設(shè)定了自己的排放控制區(qū)，未來(lái)排放控制區(qū)還會(huì)不斷擴(kuò)大。大型運(yùn)輸船全球航行，因此新造船TierⅢ排放已成標(biāo)配。

滿(mǎn)足TierⅢ排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)手段主要包括選擇性催化還原（SCR）、廢氣再循環(huán) （EGR）和LNG燃料，其中SCR技術(shù)又分為高壓和低壓兩種。對(duì)于MAN的主機(jī)，SCR或EGR這兩種方案均可選擇；而對(duì)于WinGD主機(jī)，目前只可選擇SCR方案。WinGD的雙燃料主機(jī)在燃?xì)饽Ｊ较驴蓾M(mǎn)足TierⅢ排放要求，而MAN的雙燃料主機(jī)在油氣模式下都需NO處理技術(shù)。

2.2.2 硫氧化物（SO）排放控制

對(duì)于硫氧化物排放控制區(qū)（SECA），自2015年1月1日起執(zhí)行0.1%的硫氧化物排放限制，2020年1月1日已正式實(shí)施0.5%的全球海域硫氧化物排放限值。解決SO排放問(wèn)題主要有3種手段：使用低硫燃油、安裝脫硫洗滌塔和使用LNG燃料。

使用低硫燃油是目前最簡(jiǎn)單的解決方案，其基本不受技術(shù)的影響，故也是大多數(shù)船的解決方案。脫硫洗滌塔能確保船舶在航行過(guò)程中使用高硫燃油并滿(mǎn)足硫排放限制，高、低硫油之間的價(jià)格差決定了投資回收期，這也是船東決定采用該技術(shù)方案的核心因素。LNG燃料可以徹底解決SO的問(wèn)題，但初投資成本相對(duì)較高。

LNG作為燃油的替代燃料，除了可以減少85%的氮氧化物排放量以及100%的硫化物和顆粒物排放，還可以減少約20%的CO排放量。LNG燃料雖然不屬于節(jié)能技術(shù)，但對(duì)CO溫室氣體排放的改善也非常明顯。由于對(duì)環(huán)境的影響較小，近幾年以L(fǎng)NG為燃料的運(yùn)輸船得到快速發(fā)展。

2.2.3 壓載水公約D2排放標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際海事組織（IMO）壓載水管理公約已于2017年9月8日正式生效，滿(mǎn)足D2標(biāo)準(zhǔn)壓載水處理裝置成為新船設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)配置。如考慮航行美國(guó)，則需同時(shí)滿(mǎn)足美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）對(duì)壓載水處理裝置的更高標(biāo)準(zhǔn)要求。目前壓載水處理裝置技術(shù)發(fā)展成熟，曾經(jīng)提出的無(wú)壓載水/少壓載水設(shè)計(jì)，由于對(duì)船舶運(yùn)輸本質(zhì)功能的影響，暫時(shí)已不再受到關(guān)注。

3 綠色船舶設(shè)計(jì)的實(shí)踐

近年來(lái)綠色船舶設(shè)計(jì)飛速發(fā)展，不少?lài)?guó)內(nèi)船舶設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)在民用運(yùn)輸船領(lǐng)域進(jìn)行了大量探索和實(shí)踐，體現(xiàn)了綠色船舶設(shè)計(jì)的理念。以下介紹幾個(gè)代表性綠色船舶產(chǎn)品。

3.1 大型化——大力神（HERCULES）系列超大型集裝箱船

我院自主研發(fā)設(shè)計(jì)的大力神（HERCULES）系列超大型集裝箱船囊括9 400箱、10 000箱、 11 800箱、12 690箱、13 500箱、14 000箱、15 000箱、 18 000箱、21 000箱和23 000箱等一批性能指標(biāo)先進(jìn)的綠色節(jié)能環(huán)保型超大型集裝箱船產(chǎn)品，已形成完整的超大型箱船系列設(shè)計(jì)，覆蓋所有超大型箱船的關(guān)鍵船型。迄今為止，大力神（HERCULES）系列已獲得逾百艘實(shí)船訂單，大部分已順利交付，性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，深受船東好評(píng)與行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，并助力中國(guó)造船業(yè)在國(guó)際箱船大型化競(jìng)賽中取得驕人業(yè)績(jī)。超大型箱船系列化船型設(shè)計(jì)不僅獲得2018年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，更是綠色船型大型化設(shè)計(jì)的典型代表。

圖1 20 000箱超大型集裝箱船

3.2 精細(xì)化——20萬(wàn)噸級(jí)綠色節(jié)能型散貨船

20.8萬(wàn)噸級(jí)綠色節(jié)能散貨船是近年來(lái)我院開(kāi)發(fā)的品牌散貨船船型，2013年實(shí)現(xiàn)批量接單。第1代CSR船型共接單40艘，目前已全部交付；第2代HCSR船型共接單24艘，已順利交付9艘；訂單超過(guò)世界同期紐卡斯?fàn)栕畲笮蜕⒇洿唵蔚?/3，累計(jì)為6家船廠和10位船東提供設(shè)計(jì)服務(wù)。該船型通過(guò)反復(fù)的迭代優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)重量輕、載貨能力高、綜合油耗低的特點(diǎn)，同時(shí)滿(mǎn)足EEDI 2階段、TIERⅢ排放等最新環(huán)保要求，得到市場(chǎng)的高度認(rèn)可。20萬(wàn)噸級(jí)紐卡斯?fàn)栕畲笮蜕⒇洿O(shè)計(jì)獲得2019年度上海市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，堪稱(chēng)綠色船型精細(xì)化設(shè)計(jì)的典型代表。

圖2 20萬(wàn)噸級(jí)綠色節(jié)能散貨船

3.3 定制化——6.5萬(wàn)噸級(jí)揚(yáng)子型系列油船

6.5萬(wàn)噸級(jí)揚(yáng)子型系列油輪是我院近年研發(fā)的油船品牌船型，是適合進(jìn)行長(zhǎng)江石油運(yùn)輸?shù)淖钚戮G色、安全、環(huán)保船型，至今已累計(jì)交付3型7艘。該船型以特定船東需求為指引，貫徹定制化的設(shè)計(jì)理念，努力提高船型的淺吃水載重量和油耗經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化進(jìn)江操縱性，將長(zhǎng)江石油運(yùn)輸主力船型從5萬(wàn)噸級(jí)提升至6.5萬(wàn)噸級(jí)，大幅提高了長(zhǎng)江油品的運(yùn)輸效率。該船型不僅為船東帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也創(chuàng)新定義了揚(yáng)子型油輪標(biāo)準(zhǔn)，打造了具有中國(guó)特色的品牌船型?？芍^是綠色船型定制化設(shè)計(jì)的典型代表。

圖3 6.5萬(wàn)噸級(jí)揚(yáng)子最大型油船

3.4 新燃料——LNG動(dòng)力超大型集裝箱船

2020年9月22日，由我院為法國(guó)達(dá)飛公司研發(fā)設(shè)計(jì)的全球首艘23 000 TEU雙燃料集裝箱船“達(dá)飛雅克薩德”號(hào)順利命名并交付，引領(lǐng)超大型集裝箱船進(jìn)入雙燃料時(shí)代。

該船配置目前全球裝機(jī)功率最大的WinGD低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)W12X92DF，配備18 600 m的MARK Ⅲ薄膜型燃料艙。與同型燃油集裝箱船相比，單航次CO排放量約減少20%，氮氧化物排放量減少近85%，顆粒物和硫氧化物排放量減少99%，EEDI比參考線(xiàn)降低約60%，滿(mǎn)足全球最嚴(yán)格排放要求。該船型堪稱(chēng)綠色船型新燃料設(shè)計(jì)的典型代表。

圖4 23 000 TEU LNG動(dòng)力集裝箱船

4 綠色船舶設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)的是日益嚴(yán)格的排放要求和更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，綠色船舶設(shè)計(jì)唯有不斷向前發(fā)展。然而，由于目前的傳統(tǒng)技術(shù)存在極限，新的技術(shù)又尚未成熟，因此綠色船舶設(shè)計(jì)正面臨巨大挑戰(zhàn)。伴隨著國(guó)際能源的脫碳轉(zhuǎn)型以及IMO溫室氣體減排（GHG）戰(zhàn)略的實(shí)施，綠色船舶設(shè)計(jì)未來(lái)的最大挑戰(zhàn)將集中在溫室氣體（CO）減排的持續(xù)改進(jìn)直至凈零排放。

4.1 國(guó)際溫室氣體減排的背景

1992年通過(guò)的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》（UNFCCC）為國(guó)際社會(huì)共同應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題搭建了基本框架，1997年通過(guò)的《京都議定書(shū)》為主要工業(yè)化發(fā)達(dá)國(guó)家規(guī)定了CO等溫室氣體的定量減排責(zé)任。2015年巴黎氣候變化大會(huì)通過(guò)《巴黎協(xié)定》，目標(biāo)本世紀(jì)將全球氣溫的上升幅度控制在2℃內(nèi)，各國(guó)將以“自主貢獻(xiàn)”的方式參與到全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)中。《京都議定書(shū)》強(qiáng)調(diào)控制氣候變化的責(zé)任分擔(dān)，是一種自上而下的約束方式；而《巴黎協(xié)定》更多的是一種自下而上的激勵(lì)方式，更多強(qiáng)調(diào)機(jī)會(huì)分享，鼓勵(lì)將溫室氣體減排轉(zhuǎn)化為綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機(jī)會(huì)。

航運(yùn)業(yè)是許多發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵行業(yè)，因此發(fā)展中國(guó)家并不支持在《巴黎協(xié)定》中涉及海運(yùn)案文，導(dǎo)致《巴黎協(xié)定》未包括海運(yùn)內(nèi)容。雖然航運(yùn)業(yè)溫室氣體減排未被納入到《巴黎協(xié)定》中，但作為溫室氣體排放總量較大的行業(yè)之一，未來(lái)航運(yùn)業(yè)的溫室氣體減排勢(shì)必會(huì)受到《巴黎協(xié)定》的影響。在全球溫室氣體減排目標(biāo)達(dá)成共識(shí)的大背景下，2018年IMO海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)第72次會(huì)議討論通過(guò)了溫室氣體減排的初步戰(zhàn)略。

IMO初步戰(zhàn)略目標(biāo)：到2030年，全球海運(yùn)每單位運(yùn)輸活動(dòng)的平均CO排放與2008年相比至少降低40%，并努力爭(zhēng)取到2050年降低70%；2050年溫室氣體年度總排放量與2008年相比至少減少50%，在本世紀(jì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳零排放。IMO將于2023年對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后形成正式戰(zhàn)略，從而制定短期和中長(zhǎng)期行動(dòng)措施及實(shí)施計(jì)劃。

4.2 中國(guó)溫室氣體減排的承諾

中國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家，同時(shí)也是溫室氣體排放較多的國(guó)家，一直積極參與國(guó)際氣候變化治理及全球減排進(jìn)程，承擔(dān)合理的國(guó)際責(zé)任。中國(guó)積極加入《巴黎協(xié)定》并堅(jiān)定履行公約承諾。2020年9月22日，在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)期間，中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人承諾將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，使CO排放于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

“共同但有區(qū)別的責(zé)任”是國(guó)際溫室氣體減排的重要原則。過(guò)去中國(guó)更多地強(qiáng)調(diào)作為發(fā)展中國(guó)家的責(zé)任“區(qū)別”，伴隨著人類(lèi)命運(yùn)共同體的全球治理理念的提出，中國(guó)承擔(dān)了越來(lái)越多的“共同”責(zé)任。中國(guó)政府把溫室氣體減排不再當(dāng)成負(fù)擔(dān)，而是看作發(fā)展機(jī)會(huì)和轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)力。“綠水青山就是金山銀山”，這與《巴黎協(xié)定》的精神高度一致。中國(guó)必將成為國(guó)際減少溫室氣體排放的積極推進(jìn)者和領(lǐng)導(dǎo)者，從而深遠(yuǎn)影響包括航運(yùn)業(yè)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)所有綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.3 綠色船舶技術(shù)發(fā)展的展望

為了實(shí)現(xiàn)IMO溫室氣體減排戰(zhàn)略的目標(biāo)，綠色船舶技術(shù)包括新興技術(shù)將分階段得到發(fā)展：

（1）中短期（2020～2030年）

從法規(guī)角度，將不斷完善現(xiàn)有能效框架。新造船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)要求會(huì)不斷提高，同時(shí)營(yíng)運(yùn)船舶的減排要求（EEXI和CII）也已正式推出。對(duì)于氫、氨等新興燃料的規(guī)范研究與制定也會(huì)提上日程。

從技術(shù)角度，現(xiàn)有的成熟節(jié)能技術(shù)會(huì)持續(xù)應(yīng)用，但效率已接近“天花板”，更多的新節(jié)能技術(shù)（例如風(fēng)帆和旋轉(zhuǎn)風(fēng)筒、空氣潤(rùn)滑減阻等）會(huì)得到一定發(fā)展。LNG燃料作為替代燃油的現(xiàn)階段最佳選擇，將得到快速發(fā)展和應(yīng)用。

（2）長(zhǎng)期（2030～2050年）

為實(shí)現(xiàn)航運(yùn)業(yè)的脫碳目標(biāo)，長(zhǎng)期來(lái)看必定依賴(lài)于燃料能源的脫碳。鑒于船舶具有20年左右的壽命周期，2030年以后的新造船將逐漸過(guò)渡到無(wú)碳燃料。這一方面取決于技術(shù)的發(fā)展，另一方面與國(guó)際能源轉(zhuǎn)型整體進(jìn)程相關(guān)?，F(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施投資的鎖定效應(yīng)，導(dǎo)致能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型相對(duì)緩慢，航運(yùn)業(yè)的能源轉(zhuǎn)型也必將同步經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的周期。

對(duì)于新興清潔能源，適用于船舶的氫基燃料具有較大潛力，如液氫、液氨（NH）等。氫被認(rèn)為是最有前景的可再生清潔燃料，但氫氣因難于液化，而給運(yùn)輸、加注和使用帶來(lái)諸多麻煩。與氫相同，氨不含碳元素，完全燃燒只產(chǎn)生清潔無(wú)污染的水和氮?dú)?，且其含氫量高?/p>

相對(duì)于氫，氨的優(yōu)點(diǎn)是能量密度大、易液化、易貯運(yùn)、易獲取以及防爆特性好，缺點(diǎn)是具有一定的毒性。氨目前已有廣泛使用的基礎(chǔ)設(shè)施，故被認(rèn)為是長(zhǎng)途運(yùn)輸大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的理想綠色燃料。MAN和瓦錫蘭等主機(jī)廠商已將氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)列上日程。未來(lái)的碳零排放船舶，根據(jù)船型的區(qū)別將會(huì)選擇不同的技術(shù)路徑：短途小型船舶以純電動(dòng)、氫燃料電池為主，長(zhǎng)途遠(yuǎn)洋船舶將以氨燃料內(nèi)燃機(jī)為主。

雖然氫（氨）燃料可以實(shí)現(xiàn)航運(yùn)中燃料艙到螺旋槳的碳零排放，但合成氫（氨）過(guò)程是否真正減少碳排放，則決定了全鏈條的減排效果?；剂虾铣蓺洌ò保┤绻黄ヅ涮疾蹲郊夹g(shù)或化石能源電力電解法制氫（氨）技術(shù)，則只是將碳排放轉(zhuǎn)移至其他行業(yè)。只有大力發(fā)展風(fēng)電、水電等綠色能源，從而實(shí)現(xiàn)綠色制氫（氨），才能真正實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的目標(biāo)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綠色船舶設(shè)計(jì)是船舶行業(yè)的永恒主題，本文簡(jiǎn)要分析了綠色船舶設(shè)計(jì)目前的技術(shù)發(fā)展與未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)。未來(lái)綠色船舶設(shè)計(jì)的要求只會(huì)越來(lái)越高，需要廣大技術(shù)人員不斷努力與創(chuàng)新，并始終保持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，設(shè)計(jì)經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)的本質(zhì)綠色船舶。